王 劍，靳成銘，蔡伯根，劉 江，上官偉，單洪政

1.北京交通大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，北京 100044；2.北京市軌道交通電磁兼容與衛(wèi)星導(dǎo)航工程技術(shù)研究中心，北京 100044；3.北京交通大學(xué) 軌道交通控制與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100044；4.北京佳訊飛鴻電氣股份有限公司 產(chǎn)品技術(shù)部，北京 100095)

鐵路作為國民經(jīng)濟(jì)大動(dòng)脈、國家重要基礎(chǔ)設(shè)施和大眾化交通工具，在我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中的地位和作用至關(guān)重要。尤其是在發(fā)展相對(duì)落后的中西部地區(qū)，經(jīng)濟(jì)的增長和人民生活的改善，迫切需要加快鐵路的建設(shè)。根據(jù)《鐵路“十二五”發(fā)展規(guī)劃》關(guān)于“建設(shè)以西部為重點(diǎn)的開發(fā)性鐵路，優(yōu)化路網(wǎng)布局”的要求，我國將進(jìn)一步拓展西部路網(wǎng)，擴(kuò)大路網(wǎng)覆蓋面，形成路網(wǎng)骨架。預(yù)計(jì)到2015年，西部地區(qū)鐵路營業(yè)里程將達(dá)到5萬km左右。

我國中西部地區(qū)自然資源豐富，但由于自然環(huán)境極端惡劣、地廣人稀，因此鐵路網(wǎng)密度低、鐵路信號(hào)基礎(chǔ)設(shè)施不完善、客貨運(yùn)輸量不高，大部分線路都是單線鐵路。在國際上把這類線路定義為低密度線路LDL(Low Density Lines)，關(guān)于低密度線路沒有明確的界定，一般認(rèn)為線路每天行車在12～15對(duì)左右，線路信號(hào)系統(tǒng)無法滿足潛在的運(yùn)輸需求[1]。

如何在低密度線路上采用先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建新型列控系統(tǒng)，提高列車運(yùn)行安全水平，并且降低運(yùn)營和維護(hù)成本，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)低密度線路與干線之間的跨線運(yùn)行，已經(jīng)成為國際上列控系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)研究熱點(diǎn)。同時(shí)，面向低密度線路的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)也需要考慮技術(shù)的先進(jìn)性，使其能夠滿足未來提高運(yùn)量和列車運(yùn)行速度的要求。

1 國外發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 ERTMS-Regional

2003年3月，在ETCS-3級(jí)基礎(chǔ)上，國際鐵路聯(lián)盟UIC提出了ERTMS-Regional(始于20世紀(jì)90年代末，當(dāng)時(shí)又被稱為ETCS-Low Cost)。ERTMS-Regional是一種能使區(qū)域性鐵路在更新或引入新的信號(hào)設(shè)備時(shí)節(jié)約成本的方案，其思路是利用無線通信和衛(wèi)星定位導(dǎo)航等先進(jìn)技術(shù)，在保證列車運(yùn)行安全性和可靠性的同時(shí)，盡量減少傳統(tǒng)軌旁等地面信號(hào)設(shè)備[2]。它的適用對(duì)象主要是低密度和區(qū)域性鐵路。

圖1 高速列車運(yùn)行控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及接口關(guān)系示意圖

ERTMS-Regional系統(tǒng)拋棄傳統(tǒng)的利用軌旁設(shè)備的軌道占用檢測方式，利用車載設(shè)備進(jìn)行列車定位和列車完整性檢查，追蹤運(yùn)行的列車也可以因此得到安全進(jìn)路信息，不再需要軌道電路。點(diǎn)式設(shè)備(應(yīng)答器)、GSM-R成為系統(tǒng)的重要設(shè)備。應(yīng)答器只提供ETCS等級(jí)轉(zhuǎn)換命令；取消了地面信號(hào)機(jī)和軌道電路后，室外線路上的信號(hào)設(shè)備減少到最低程度；列車追蹤間隔依靠點(diǎn)式設(shè)備和無線移動(dòng)閉塞中心實(shí)現(xiàn)，具有明顯的移動(dòng)自動(dòng)閉塞特征。

ERTMS-Regional的關(guān)鍵特征是：

(1)裝備標(biāo)準(zhǔn)的歐洲車載設(shè)備；

(2)車載設(shè)備提供持續(xù)的列車完整性檢查；

(3)無軌旁列車位置檢測設(shè)備；

(4)無軌旁信號(hào)機(jī)。

ERTMS-Regional是一種基于ETCS-3并適用于低密度線路的新型列控系統(tǒng)。具備了ETCS-3系統(tǒng)的許多特征，但是簡化了聯(lián)鎖系統(tǒng)，將聯(lián)鎖和無線閉塞中心RBC合并為列控中心TCC。

ERTMS-Regional首條試驗(yàn)線已于2012年在瑞典正式投入商業(yè)運(yùn)營。目前，ALSTOM公司已經(jīng)推出了ATLAS-400，ANSALDO-STS公司推出了采用衛(wèi)星定位以及TETRA通信的列控系統(tǒng)，同時(shí)ANSALDO-STS公司在俄羅斯推出了類似的產(chǎn)品ITARUS-ATC,BOMBARDIER公司也推出了基于GPS和TETRA無線通信的列控系統(tǒng)INTERFLO 550。

2012年4月，第一條基于ERTMS-Regional概念的線路已經(jīng)在瑞典開通并實(shí)際運(yùn)營，標(biāo)志著首個(gè)基于ETCS-3的列控系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)場應(yīng)用階段。

1.2 PTC

自1971年開始，美國國家運(yùn)輸安全委員會(huì)NTSB已經(jīng)強(qiáng)烈要求采用更先進(jìn)的技術(shù)措施來防護(hù)人因故障。1994年美國聯(lián)邦鐵路管理局FRA提出了 PTC (Positive Train Control)。2005年，發(fā)布了一份關(guān)于信號(hào)和列車控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)性能標(biāo)準(zhǔn)的最終規(guī)定。2008年發(fā)生在洛杉磯地區(qū)的一起嚴(yán)重的鐵路列車相撞事故促使美國總統(tǒng)布什簽署了一項(xiàng)鐵路安全法案，該法案授權(quán)了PTC系統(tǒng)的使用。全美ClassⅠ鐵路被國會(huì)要求在2015年12月31日前強(qiáng)制安裝PTC系統(tǒng)。

PTC可以作為獨(dú)立的列車自動(dòng)防護(hù)ATP(Automatic Train Protection)系統(tǒng)使用，也可以疊加到既有的ATP系統(tǒng)上，以提高列車運(yùn)行的安全性。系統(tǒng)的核心目標(biāo)是：列車碰撞防護(hù)、強(qiáng)制列車速度限制、軌旁人員防護(hù)[3]。同時(shí)該系統(tǒng)具有高性價(jià)比、精確的列車跟蹤和運(yùn)行管理能力，具備縮短列車間隔時(shí)間以增加運(yùn)力、降低工作量、減少軌旁設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)。PTC系統(tǒng)適用于貨運(yùn)鐵路、城際高速鐵路、客貨混跑的干線鐵路等。

基本的PTC系統(tǒng)主要由軌旁、車載和調(diào)度/控制3個(gè)子系統(tǒng)組成。軌旁子系統(tǒng)由平交道口信號(hào)、道岔、聯(lián)鎖等單元組成。車載子系統(tǒng)由車載計(jì)算機(jī)和定位系統(tǒng)組成。調(diào)度/控制子單元是中央控制中心，負(fù)責(zé)線路運(yùn)營[4]。PTC系統(tǒng)采用衛(wèi)星定位技術(shù)，使用數(shù)字無線電臺(tái)傳輸位置報(bào)告，追蹤列車位置，發(fā)送行車許可。PTC系統(tǒng)的遠(yuǎn)程干預(yù)能力可準(zhǔn)許控制中心停止一列機(jī)務(wù)人員無法停下的列車。

目前，已經(jīng)有多家廠商推出了符合PTC規(guī)范的列控產(chǎn)品。包括WABTEC公司的ETMS，GE公司的ITCS，LOCKHEED MARTIN公司的Vital PTC，USS公司的CAS，以及SIEMENS公司的TrainGuard等。在PTC研發(fā)過程中，F(xiàn)RA支持通用的車載平臺(tái)、無線通信管理單元、風(fēng)險(xiǎn)分析、高精度GPS定位等通用技術(shù)的開發(fā)。

我國青藏線格拉段全長1 142 km的線路上采用了GE公司的ITCS，列車運(yùn)行狀態(tài)和控制信息通過GSM-R (鐵路移動(dòng)通信系統(tǒng))傳輸，地面不設(shè)軌道電路，列車定位及軌道占用檢查以GPS為主，并輔助車速傳感器以提高定位精度。線路上不設(shè)信號(hào)機(jī)，列車以車載顯示作為行車憑證。采用基于GSM-R的無線閉塞方式，沿線每個(gè)車站都設(shè)有無線閉塞中心[5]。ITCS系統(tǒng)支持最高177 km/h的客運(yùn)線路[4]，支持虛擬固定閉塞方式。該系統(tǒng)自2007年開通運(yùn)營以來，極大地減少了軌旁設(shè)備的維護(hù)工作量。

1.3 小結(jié)

歐洲ERTMS-Regional和美國PTC系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)見表1。兩種系統(tǒng)有著相似的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)高度集成、自動(dòng)化，并采用了衛(wèi)星定位技術(shù)和無線通信技術(shù)，用以降低成本、提高效率。有關(guān)兩個(gè)系統(tǒng)間的具體差別，參見文獻(xiàn)[6]。

表1 ERTMS-Regional與PTC技術(shù)原則比較

2 面向我國低密度線路的列控系統(tǒng)需求及關(guān)鍵技術(shù)

2.1 需求分析

我國中西部地區(qū)是低密度線路的主要應(yīng)用區(qū)域，其中青藏、青海、新疆等地存在大量的高海拔地區(qū)和無人區(qū)，嚴(yán)酷的自然環(huán)境包括多年凍土、高原缺氧、生態(tài)脆弱、天氣惡劣等，要求面向低密度線路的列控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)車站無人值守，盡可能減少或者不設(shè)區(qū)間設(shè)備。

低密度線路列控系統(tǒng)如果按照現(xiàn)有的CTCS標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)進(jìn)行建設(shè)，將帶來高昂的建設(shè)、維護(hù)和運(yùn)營成本，而低密度線路一般應(yīng)用在經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)落后的地區(qū)。因此，要求列控系統(tǒng)具有低成本特性。

我國絕大部分鐵路線路都是按照CTCS標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)，不僅能夠節(jié)約線路運(yùn)營、維護(hù)以及人員培訓(xùn)成本，通用的系統(tǒng)規(guī)范及兼容性設(shè)計(jì)還使得列車能夠方便地跨線運(yùn)行。低密度線路作為我國鐵路網(wǎng)的重要組成部分，其列控系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備兼容、通用性，支持跨線運(yùn)營。

目前，我國還存在大量的單線、雙線鐵路，運(yùn)行速度在160 km/h以下，其中部分線路還沒有實(shí)現(xiàn)電氣化。隨著本地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提升，這些線路存在著改造升級(jí)、提高運(yùn)行能力的需求。因此，面向低密度線路的列控系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠在既有線升級(jí)改造中充分利用既有的設(shè)備，降低改造成本。

西部地區(qū)幅員遼闊，礦產(chǎn)資源的儲(chǔ)量十分可觀。西部地區(qū)的煤炭占全國的60%，石油占45%，天然氣占53%。全國已探明的140多種礦產(chǎn)資源中，西部地區(qū)就有120多種，一些稀有金屬的儲(chǔ)量名列全國乃至世界前茅。鐵路作為交通運(yùn)輸?shù)拇髣?dòng)脈，應(yīng)當(dāng)支持高速客車和低速貨運(yùn)列車的混合運(yùn)輸方式。

列控系統(tǒng)具有保障行車安全、提高運(yùn)輸效率的天然屬性。

基于我國低密度線路的以上實(shí)際需求，結(jié)合國內(nèi)外ERTMS-Regional和PTC系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提出面向我國低密度線路的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)CTCS-LDL基本技術(shù)原則如下：

(1)CTCS-LDL列控系統(tǒng)主要適用于低密度鐵路,線路的貨運(yùn)業(yè)務(wù)大于客運(yùn)業(yè)務(wù)，時(shí)速160 km以下，每天行車小于15對(duì)，年貨運(yùn)量小于500萬t；

(2)CTCS-LDL列控系統(tǒng)的軌旁設(shè)備盡可能減少或不設(shè)；

(3)CTCS-LDL列控系統(tǒng)兼容既有站計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖和軌道電路等信號(hào)設(shè)備，無人值守站列車、調(diào)車作業(yè)自動(dòng)化；

(4)CTCS-LDL列控系統(tǒng)采用虛擬閉塞制式，閉塞區(qū)段能夠根據(jù)運(yùn)量進(jìn)行靈活調(diào)整，以提高運(yùn)輸能力；

(5)CTCS-LDL列控系統(tǒng)以車載設(shè)備為中心，車載設(shè)備完成自主定位和列車完整性檢查，車載設(shè)備采用目標(biāo)距離-連續(xù)速度控制模式、設(shè)備制動(dòng)優(yōu)先的方式監(jiān)控列車安全運(yùn)行；

(6)CTCS-LDL列控系統(tǒng)采用GSM-R無線通信方式完成車地雙向通信；

(7)CTCS-LDL列控系統(tǒng)滿足跨線運(yùn)行的運(yùn)營要求。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)分析

基于以上CTCS-LDL列控系統(tǒng)基本技術(shù)原則，對(duì)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)采用的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，為進(jìn)一步提出系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案提供依據(jù)。

2.2.1 測速測距

傳統(tǒng)CTCS列控系統(tǒng)通常采用安裝在列車車軸上的速度傳感器完成列車的測速和測距，同時(shí)使用地面應(yīng)答器校準(zhǔn)測距誤差。應(yīng)答器不僅能夠輔助車載定位單元完成絕對(duì)定位，還能向列車控制系統(tǒng)傳送線路基本參數(shù)、線路速度、列車運(yùn)行目標(biāo)數(shù)據(jù)、臨時(shí)限速、車站進(jìn)路等補(bǔ)丁和實(shí)時(shí)可變信息，是CTCS-1、CTCS-2、CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)中重要的軌旁設(shè)備。為了完成列車定位，應(yīng)答器必須高密度地布設(shè)在軌道上，例如高速鐵路的閉塞分區(qū)長度一般小于2 km，分區(qū)入口需要布設(shè)應(yīng)答器，這將帶來昂貴的建設(shè)成本[7]，低密度線路惡劣的自然環(huán)境進(jìn)一步增加了應(yīng)答器的維護(hù)成本。區(qū)間大量布設(shè)應(yīng)答器也不符合CTCS-LDL的基本技術(shù)原則。

衛(wèi)星定位具有定位精度高、覆蓋范圍廣等特點(diǎn)，同時(shí)又不需要在軌旁安裝設(shè)備，能夠替代應(yīng)答器完成列車定位功能。衛(wèi)星定位與其他傳感器的組合定位技術(shù)，也符合CTCS[8]、ETCS[9，10]、PTC[11]系統(tǒng)發(fā)展的趨勢，高精度數(shù)字軌道地圖的輔助能夠進(jìn)一步提高定位精度。青藏線采用基于GPS的定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)列車動(dòng)態(tài)位置跟蹤。在區(qū)間坡度較大，易產(chǎn)生打滑的區(qū)域和隧道等衛(wèi)星定位盲區(qū)，為消除影響可采用車輪傳感器、測速雷達(dá)等進(jìn)行物理糾偏和消除累積誤差[12]。

因此，面向我國低密度線路的列控系統(tǒng)中，列車的自主測速測距可以采用衛(wèi)星定位技術(shù)。

2.2.2 區(qū)間軌道占用檢查

列車在區(qū)間運(yùn)行采用的是空間間隔法，即兩列運(yùn)行列車保持一定的距離，一個(gè)區(qū)間同時(shí)只允許一列列車運(yùn)行，從而保證安全?？臻g間隔法的前提是能夠準(zhǔn)確確定列車所處的區(qū)間，即軌道占用檢查。

軌道電路和計(jì)軸是常用的區(qū)間軌道占用檢查方法。兩種方法都要求在每個(gè)區(qū)間(或閉塞分區(qū))安裝軌旁設(shè)備，不符合CTCS-LDL列控系統(tǒng)的技術(shù)原則。同時(shí)，低密度線路沿線惡劣的自然環(huán)境并不一定適合軌道電路[13]、計(jì)軸設(shè)備在區(qū)間的布設(shè)。青藏線格拉段區(qū)間軌道占用檢查采用的是GPS定位技術(shù)。衛(wèi)星定位由于是一種絕對(duì)定位方式，定位精度高、適用范圍廣，因此能夠替代傳統(tǒng)的軌道占用檢查方式。同時(shí)，在既有技術(shù)條件下，考慮到調(diào)車的便利性，在站內(nèi)仍可保留軌道電路。

因此，面向我國低密度線路的列控系統(tǒng)中，區(qū)間軌道占用檢查由衛(wèi)星定位方式實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，系統(tǒng)兼容使用軌道電路、計(jì)軸等軌旁設(shè)備完成占用檢查的車站。

2.2.3 車地通信

CTCS列控系統(tǒng)中，車地通信的主要方式有軌道電路、應(yīng)答器、GSM-R。其中，軌道電路和應(yīng)答器只能進(jìn)行車-地單向通信，且數(shù)據(jù)量較小。GSM-R作為一種無線通信方式，在CTCS-2、CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)中均作為重要的車地通信方式。低密度線路惡劣的自然環(huán)境決定了采用無線通信方式具有先天優(yōu)勢。GSM-R作為CTCS體系中重要的車地?zé)o線通信方式，也是未來CTCS發(fā)展的技術(shù)方向，技術(shù)兼容性、通用性較好，安全性也經(jīng)受了多年的線路運(yùn)營考驗(yàn)，青藏線ITCS系統(tǒng)也采用GSM-R技術(shù)。

因此，在面向我國低密度線路的列控系統(tǒng)中，車地通信應(yīng)采用GSM-R，并可取代應(yīng)答器、軌道電路、軌旁信號(hào)機(jī)完成進(jìn)路過程中的車地通信功能。考慮到GSM-R的覆蓋范圍將影響到線路的運(yùn)輸能力，GSM-R宜做到線路全覆蓋。

2.2.4 車站進(jìn)路控制

進(jìn)路分為調(diào)車進(jìn)路和列車進(jìn)路兩種。CTCS-LDL能夠自動(dòng)、安全、高效地完成進(jìn)路功能，在保證列車進(jìn)路的同時(shí)，盡可能提高調(diào)車進(jìn)路的便利性。

聯(lián)鎖是完成車站進(jìn)路控制的重要設(shè)備。聯(lián)鎖設(shè)備分為非集中聯(lián)鎖和集中聯(lián)鎖兩大類，集中聯(lián)鎖又分為繼電器聯(lián)鎖和計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖CBI。非集中聯(lián)鎖設(shè)備已逐漸被淘汰。繼電器聯(lián)鎖由繼電器組成邏輯電路，難以表達(dá)和實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯關(guān)系，安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性都無法和CBI比擬，同時(shí)也不便于與現(xiàn)代化信息系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)也不如CBI方便[14]。我國裝備CBI的車站已經(jīng)有上千座，系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠。

因此，CTCS-LDL車站應(yīng)當(dāng)采用當(dāng)前CBI方式。如前面所述，軌道占用檢查功能可由衛(wèi)星定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)，傳遞行車信息功能可由GSM-R實(shí)現(xiàn)。因此，面向我國低密度線路的列控系統(tǒng)中，站內(nèi)可不設(shè)軌道電路、信號(hào)機(jī)、應(yīng)答器。

為滿足無人值守站進(jìn)路控制，需要能夠遠(yuǎn)程控制進(jìn)路，CBI不具備遠(yuǎn)程操作功能，通常情況下CBI和分散自律調(diào)度集中系統(tǒng)CTC配合使用，完成進(jìn)路控制。正常情況下，CTC中心子系統(tǒng)將列車運(yùn)行調(diào)整計(jì)劃下達(dá)給所轄各站的車站CTC子系統(tǒng)自律機(jī)。自律機(jī)根據(jù)車站的具體情況，在保證列車計(jì)劃不受影響、調(diào)車作業(yè)收到列車計(jì)劃約束的條件下，自主地將列車計(jì)劃和調(diào)車作業(yè)信息變換成列車進(jìn)路指令和調(diào)車進(jìn)路指令，最終交由車站聯(lián)鎖系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)進(jìn)路、道岔、信號(hào)機(jī)之間的聯(lián)鎖關(guān)系，完成進(jìn)路功能。

CBI和CTC雖然協(xié)作完成進(jìn)路控制，但兩個(gè)系統(tǒng)一直作為獨(dú)立的系統(tǒng)發(fā)展。2006年，青藏線CTC的開通也表明，CTC能夠適用環(huán)境惡劣的區(qū)段。

因此，面向我國低密度線路的列控系統(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)采用站內(nèi)CBI和CTC進(jìn)路控制方式。

2.2.5 區(qū)間閉塞

閉塞方式一般可以分為：半自動(dòng)閉塞、自動(dòng)站間閉塞、自動(dòng)閉塞。由于閉塞制式對(duì)線路運(yùn)營能力有著直接影響，CTCS-LDL應(yīng)當(dāng)采用自動(dòng)閉塞，使得系統(tǒng)具有靈活性，并以虛擬固定閉塞作為基本閉塞方式。不同線路可以根據(jù)自身線路條件、運(yùn)輸能力要求等選擇適合的閉塞分區(qū)長度。

為完成區(qū)間閉塞控制，列車完整性信息必不可少。目前主要采用軌道電路或計(jì)軸設(shè)備實(shí)現(xiàn)列車完整性檢查。但是，像青藏線格拉段這樣的線路，如果采用計(jì)軸方式實(shí)現(xiàn)自動(dòng)閉塞，在區(qū)間每個(gè)閉塞分區(qū)內(nèi)需要安裝計(jì)軸設(shè)備，設(shè)備可靠性無法保證，且維護(hù)難度極大，不符合CTCS-LDL基本技術(shù)原則。因此，采用軌道電路或計(jì)軸完成列車完整性檢查，只適合安裝在站內(nèi)。從前面的討論可知，衛(wèi)星定位技術(shù)能夠用來完成列車測速測距，因此，在列車頭尾加裝基于衛(wèi)星導(dǎo)航的定位設(shè)備能夠完成列車完整性檢查功能。

同時(shí)，我國貨物列車的完整性檢查主要靠機(jī)車和列車尾部安裝的無線發(fā)射和接收裝置監(jiān)測列車尾部風(fēng)管風(fēng)壓，并通過數(shù)傳電臺(tái)將風(fēng)壓信息反饋到機(jī)車司機(jī)控制盒完成。由列車完成自身完整性檢查的優(yōu)點(diǎn)在于不再依賴軌旁設(shè)備，并且是一種連續(xù)的檢查方式，能夠支持移動(dòng)閉塞。除ERTMS-Regional和PTC外，ETCS-3系統(tǒng)方案中，列車完整性檢查由車載設(shè)備負(fù)責(zé)的都是既定的技術(shù)路線。然而，根據(jù)我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，列尾裝置每120～130 s隨機(jī)自動(dòng)發(fā)送自動(dòng)風(fēng)壓查詢命令信息[15]，如果列尾設(shè)備故障，地面至少需要120s才能獲知。在一定程度上，限制了移動(dòng)閉塞的使用。

因此，面向我國低密度線路的列控系統(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)使用基于衛(wèi)星定位技術(shù)的車載設(shè)備完成列車完整性檢查。傳統(tǒng)貨車尾部的列尾裝置需要加裝衛(wèi)星接收機(jī)并進(jìn)行安全性改造，以滿足鐵路安全相關(guān)系統(tǒng)的安全完整性要求。

區(qū)間采用虛擬固定閉塞，由于閉塞分區(qū)是虛擬劃分的，區(qū)間不設(shè)軌道電路、信號(hào)機(jī)等軌旁設(shè)備。CTCS-2級(jí)中的列控中心TCC無法完成行車許可的下達(dá)，CTCS-LDL列控系統(tǒng)適合使用無線閉塞中心RBC管理區(qū)間閉塞，生成移動(dòng)授權(quán)。綜合考慮各種限制條件和運(yùn)行調(diào)試、維修維護(hù)的便利性，RBC主機(jī)宜像CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)一樣集中設(shè)置。

CTCS-3中RBC需要通過TCC接收軌道電路的信息獲知區(qū)間軌道占用情況，并滿足后備CTCS-2級(jí)列控系統(tǒng)的需要。CTCS-LDL采用衛(wèi)星定位實(shí)現(xiàn)區(qū)間軌道占用檢查，因此，裝備CTCS-LDL系統(tǒng)的車站不需要設(shè)置TCC設(shè)備。

2.2.6 跨線運(yùn)營

考慮到CTCS機(jī)車很少有從干線發(fā)往低密度支線的需求，因此只考慮CTCS-LDL機(jī)車跨線運(yùn)行至其他線路的情況。

2.3 小結(jié)

綜上分析，本文所提出的技術(shù)原則符合我國低密度線路列控系統(tǒng)的需求，系統(tǒng)所采用的關(guān)鍵技術(shù)能夠適應(yīng)我國低密度線路的特殊要求。CTCS-LDL雖然運(yùn)行速度是CTCS-1級(jí)，然而系統(tǒng)中列車定位和列車完整性檢查均由車載設(shè)備完成，地面取消了軌道電路和信號(hào)機(jī)等軌旁設(shè)備，符合CTCS-4級(jí)的技術(shù)特征。

3 面向我國低密度線路的列控系統(tǒng)總體方案

CTCS-LDL列控系統(tǒng)地面設(shè)備總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。在線路始端或終端設(shè)置一個(gè)控制中心，包含臨時(shí)限速服務(wù)器TSRS、RBC、GSM-R等設(shè)備。

圖2 CTCS-LDL列控系統(tǒng)地面設(shè)備總體結(jié)構(gòu)

TSRS統(tǒng)一管理整個(gè)線路的臨時(shí)限速命令，通過“調(diào)度集中數(shù)據(jù)通信以太網(wǎng)”接收來自CTC中心的臨時(shí)線路指令，根據(jù)臨時(shí)限速的具體位置，通過“調(diào)度集中數(shù)據(jù)通信以太網(wǎng)”轉(zhuǎn)發(fā)給相應(yīng)的RBC，RBC經(jīng)由GSM-R無線通信系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)給車載設(shè)備執(zhí)行。

RBC通過GSM-R接收列車發(fā)送的定位、軌道占用信息，通過“RBC/聯(lián)鎖/差分安全數(shù)據(jù)通信以太網(wǎng)”接收聯(lián)鎖進(jìn)路等信息，最終生成行車許可，通過GSM-R將行車許可、線路參數(shù)、臨時(shí)限速傳輸給CTCS-LDL車載設(shè)備。當(dāng)一臺(tái)RBC的控制能力無法滿足線路要求時(shí)，除線路控制中心設(shè)置的RBC外，還應(yīng)根據(jù)控制能力、接口能力及維護(hù)適應(yīng)性等因素確定每條線路所需要的RBC數(shù)量，在線路控制中心增設(shè)RBC。RBC還通過“RBC/聯(lián)鎖/差分安全數(shù)據(jù)通信以太網(wǎng)”接收管轄范圍內(nèi)車站差分基站發(fā)送的差分改正信息，并將信息轉(zhuǎn)發(fā)給差分基站有效覆蓋范圍內(nèi)的車載接收機(jī)，完成差分定位，提高列車定位精度。

信號(hào)集中監(jiān)測系統(tǒng)由車站信號(hào)集中監(jiān)測和鐵路局電務(wù)監(jiān)測子系統(tǒng)組成，兩者通過“信號(hào)集中監(jiān)測數(shù)據(jù)通信以太網(wǎng)”連接。車站信號(hào)集中監(jiān)測負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、分類、邏輯分析等，通過統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口與CBI、差分基站、CTC等設(shè)備通信，獲取監(jiān)測信息。鐵路局電務(wù)監(jiān)測子系統(tǒng)是整個(gè)鐵路局集中監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)控中心，并提供與鐵路總公司通信管理機(jī)等節(jié)點(diǎn)的通信連接等功能。

CTCS-LDL列控系統(tǒng)地面車站設(shè)備由CBI、CTC車站自律分機(jī)、差分基站和信號(hào)集中監(jiān)測系統(tǒng)組成。

CBI只采集/控制站內(nèi)道岔，站內(nèi)軌道區(qū)段占用信息由RBC根據(jù)列車所處的區(qū)段判定。CTC車站自律分機(jī)保持既有設(shè)置不變，與CBI、RBC等設(shè)備的接口及數(shù)據(jù)協(xié)議基本同CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)相應(yīng)的接口規(guī)范一致。差分基站負(fù)責(zé)向半徑約30km范圍內(nèi)的車載接收機(jī)提供差分改正信息，以提高車載接收機(jī)定位精度，如果車站間距大于60km，則需要在區(qū)間設(shè)置差分基站。如采用星基差分，則地面不需要設(shè)置差分基站。

圖3 列車進(jìn)路控制

CTCS-LDL列車進(jìn)路控制如圖3所示，具體列車進(jìn)路控制過程為：

步驟1CTC中心將列車運(yùn)行調(diào)整計(jì)劃傳送到CTC車站自律機(jī)。

步驟2車站自律機(jī)收到來自CTC中心的計(jì)劃后，自動(dòng)將列車運(yùn)行調(diào)整計(jì)劃轉(zhuǎn)換為列車進(jìn)路指令序列。等到排列進(jìn)路的規(guī)定時(shí)機(jī)一到，車站自律機(jī)向CBI下達(dá)進(jìn)路控制命令。

步驟3RBC接收來自車載的列車完整性、速度、位置等信息，通過高精度數(shù)字軌道地圖的輔助，確定列車占用的軌道區(qū)段，并發(fā)送給CBI， CBI同時(shí)采集進(jìn)路區(qū)段的道岔信息，在檢查進(jìn)路能夠建立后，驅(qū)動(dòng)道岔到規(guī)定位置，完成進(jìn)路的選擇。

步驟4CBI鎖閉進(jìn)路，向RBC發(fā)送列車的進(jìn)路信息。

步驟5RBC通過GSM-R接收列車的狀態(tài)信息，并根據(jù)進(jìn)路信息向列車發(fā)送行車許可。

步驟6列車根據(jù)行車許可中允許列車到達(dá)的最遠(yuǎn)位置以及相關(guān)的線路數(shù)據(jù)信息完成列車進(jìn)路，并由CBI解鎖進(jìn)路。

CTCS-LDL車載設(shè)備由列首設(shè)備和列尾裝置組成。列尾裝置具備目前貨車所用列尾設(shè)備的功能，但是實(shí)際性能更高，并將傳統(tǒng)的列尾裝置由非安全設(shè)備上升到安全設(shè)備級(jí)別。列首設(shè)備基于CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)車載子系統(tǒng)方案，由核心計(jì)算機(jī)VC、列車測速測距單元/完整性檢查列首設(shè)備LDS/HOT、無線通信管理單元CMU、列車接口單元TIU、人機(jī)交互單元DMI、司法記錄器JRU、軌道電路接收器TCR、應(yīng)答器模塊BTM、列車運(yùn)行監(jiān)控裝置LKJ組成，如圖4所示。

圖4 CTCS-LDL系統(tǒng)車載(列首)設(shè)備組成

CMU具備CTCS-3系統(tǒng)車載的無線通信單元、GSM-R車載電臺(tái)功能，并具備450M機(jī)車電臺(tái)的無線通信功能。

列車測速測距單元完成列車的連續(xù)定位功能。列車完整性檢查設(shè)備與列尾裝置配合，完成列車完整性檢查，并及時(shí)通過CMU發(fā)送到地面，作為RBC計(jì)算移動(dòng)授權(quán)的依據(jù)。

VC根據(jù)地面播發(fā)的移動(dòng)授權(quán)計(jì)算列車速度曲線，完成列車控制。DMI用于顯示列車狀態(tài)、控制信息給司機(jī)，便于司機(jī)完成駕駛功能。

TCR、BTM和LKJ則同既有列控系統(tǒng)相同，主要用于既有線路區(qū)段行車，在新建的CTCS-LDL列控系統(tǒng)線路上，TCR和BTM不參與控車。CTCS-LDL車載子系統(tǒng)包含上述設(shè)備，使得裝備CTCS-LDL車載子系統(tǒng)的列車能夠跨線運(yùn)行至既有CTCS線路，保證系統(tǒng)通用性和兼容性。

CTCS-LDL列控系統(tǒng)車載列尾裝置與列首設(shè)備間的無線通信可采用GSM-R方式，450M作為后備方式。列尾裝置由無線通信管理單元、GNSS/慣性傳感器組合定位模塊、風(fēng)壓檢測模塊組成。其中，風(fēng)壓檢測模塊兼容目前列尾裝置風(fēng)壓查詢、告警等功能，GNSS/慣性傳感器組合定位模塊完成列車尾部絕對(duì)位置的確定，并及時(shí)將定位信息通過450M/GSM-R無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給HOT，完成列車完整性檢查。

4 結(jié)論

我國低密度線路自身的特點(diǎn)對(duì)既有CTCS列控系統(tǒng)提出了新的要求，本文介紹了國外衛(wèi)星定位技術(shù)在列控系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀，通過對(duì)面向我國低密度線路的列控系統(tǒng)需求和關(guān)鍵技術(shù)分析，提出一種符合我國低密度線路要求的CTCS-LDL列控系統(tǒng)總體方案。

基于衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的組合定位方式是列車定位技術(shù)的發(fā)展趨勢，也是我國CTCS列控系統(tǒng)的發(fā)展方向。隨著北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的建設(shè)，其必將在未來鐵路交通運(yùn)輸系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用。采用先進(jìn)定位和通信技術(shù)的CTCS-LDL作為CTCS的有益補(bǔ)充，也將進(jìn)一步推動(dòng)和完善我國鐵路信號(hào)系統(tǒng)體系的發(fā)展。

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